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1、流体机械设计说明书湘潭大学流体机械课程设计说明书专业：矿山机电班级：0902班学号：学099215210姓名：胡永再1 / 21指导老师：胡春莲老师二零一一年十二月流体机械设计说明书一、排水设备的选型设计1 .必备的资料1、 单水平开采，井深一200m,地面标高100m2、 正常涌水量q=200(m7h),正常涌水期n=240(d)3、 最水涌水量“=250(ms/h),最大涌水期1=90(d)4、 矿水中性ph=7,密度P=1020(kg/ms)5、 矿井主排水设备泵房设在井底车场附近6、 属低沼气矿井7、 矿井年产量9X10$(t)2 .设计要求：选择排水设备1. 拟定排水系统2. 选泵的
2、型式及台数3. 选泵管路并作管路布置4. 计算管路特性5. 确定排水装置的排水工况，验算排水时间6. 计算必须的电动机容量及电能耗量7. 经济核算页8. 绘制所需的图形3 .选型的计算及步骤 .选择排水系统排水系统分为两种：一是直接排水，二是分段排水。因考虑到矿井不深，所以采用直接排水较好。 .选泵的型式及台数1. 工作水泵必须的排水能力根据有关规定，要求投入工作的水泵的排水能力能在20小时内排完24小时的正常涌水量。即QR245/20# / 21流体机械设计说明书则Qb21.2qz=l.2X200=240(m3/h)又工作泵与备用泵的总能力，能在20小时内排完24小时的最大涌水量。即QBax
3、5:24qz/qBax则*21.2X250=300(m7h)其中qz为正常涌水量，qmax为最大涌水量Qb为工作水泵必须排水能力Qmax为工作与备用水泵必须的排水总能力 .水泵必须扬程利用管路效率概念，用Hb=Hc/n.(m)则Hb=He/n,二304/(0.9-0.89)=337.8-341.6(m)取Hb=337.8m其中Hc=井深+井底车场与最低吸水面标高差+排水管高出井口高度=100+200+4=304(m)式中ng为管路效率，对于竖直敷设的管路1=0.9-0.89,对于倾斜敷设的管路，当倾角a30时取ng=0.830.8,a=3020时，取ng=0.80.77,aV20时取nk0.7
4、7-0.74。因井为竖井，所以取n产0.90.89. .预选水泵型式及台数预选D8545X8型水泵，其参数如下：型号Type转速流量CapacitySpeed扬程Head米(m)效率Efficiency(%)功率千瓦Power(kw)必需汽蚀余量(NPSH)r米(m)泵口径Bore(mm)总重量(kg)GrandWeight转/分米/时(r.p,m)(m3/h)升/秒(l/s)轴功率OnShaft配用功率motor进InletHlOutletD85-455515.340863973.2x829508510023.627.83603127270115.7121.41324.25.21001002
5、007选能满足Qb和Hb# / 21流体机械设计说明书的水泵，最好是一台就能达到所需要求的排水能力，优先选择工作可靠、性能良好、体积小、重量轻而且便宜的产品，当矿水的PHV5时，应采用防酸水泵。通过比较Qb、Qaax、和Q，在正常涌水时期需要水泵台数nkO/Q尸240/85=2.8台，取1)尸3n20.7ni=0.7X3=2.1和/沁皿/QFi=300/85-3=0.53取112=3检修泵数!)320.2511产0.25*3=0.75,取所以必须的水泵台数n=ni+ri2+n3=7台.选择管路并作管路布置根据泵的总台数，选用典型三泵两趟管路系统，一条管路工作一条管路备用。正常涌水时，一台泵向一
6、趟管路供水；最大涌水时，两台泵同时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管路内流量Q等于泵的流量。由于井深远大于200叫确定采用无缝钢管。.排水内径dp，=0.0188g=0.0188毛=0.120.14(垃式中dp，排水管内径，小Q排水管中的流量，加?；、排水管内的流速，通常取经济流速=1.52.2(m/s)来计算。预选152X8无缝钢管则排水内径=(152-2X8)mm=136mm4 .壁厚验算b20.5dp80 + 0.4x0.11x337.8 f 1 +0.1580-1.3x0.11x337.8 /=0.42(cm)WO.4
7、5(cm)因此所选壁厚合适。吸水管径(吸水管直径一般比排水管直径大一级)根据选择的排水管径，吸水管选用d)159X8无缝钢管。5 .工况点的确定及校验1)管路系统管路布置参照图9-23b所示方案。这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过四趟管路中任何一趟排水，排水管路系统如图所示：2)估算管路长度Lp=344354(m)取Lp=350m,吸水管长度可估算为Lx=6(m)3)管路阻力系数R的计算沿程阻力系数吸水管Xx=0.021/(dx)0.3=0.021/(0.152)0.3=0.0369Ap=0.021/(dp)=0.021/(0.136)0.3=0.0382R=8/兀2g入xLx/(dx)5
8、+LCx/(dx)4+XpLp/(dp)+(1+LUp)1/(dp)4=8/n2g0.0369X6/(0.152)5+4.094/(0.152)4+0.0382X350/(0.136)5+(1+8.392)1/(0.136)4=2.6X10-4(h/m5)4) 管路特性方程新管Hl=Hsy=RQ2=304+2.6X10-4Q2IH管H2=Hsy+l.7RQ2=304+4.42X10-4Q25) 绘制管路特性曲线并确定工况点根据求得新旧管路特性方程，取六个流量值求得相应的损失如下表：/(m3.h-l)60708090100110Hl/m304.94305.2305.6306.1306.6307.
9、1H2/m305.6306.02306.7307.57308.42309.27如图所示，新旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为Ml,M2;即为新旧管路水泵的工况点。由图可知；新管的工况点参数为QMl=86m3/H,HMI=310mnml=0.0.71,HsMl=5.36m,pml=110kw；旧管的工况点参数为QM2=84m3/H,HM2=315m,nm2=0.74,HsM2=4.Im,pm2=109kw,因为nmLnm2均大于0.7,允许吸上真空度HsMl=5.36m,符合煤矿工业设计规范要求。水泵工况点6) 校验计算(1)排水时间的验算。由旧管工况点验算。正常涌水时，若采用三台水泵三条
10、管路排水则Tz=24qz/nlQM2=24X200/3X85=18.8(H)至20(H0最大涌水时，采用六台泵四条管路排水，并联等效管的总损失系数鼠=R/9=2.8X10-5(h/m5).反推可求得每台泵的工况点，以及工况点的流量Q=80m3/H计算排水时间为Tmax=24qmax/(nl+n2)QM2=24X300/(3+3)80=15(h)壬20(H)既实际工作时,只要六台泵同时工作即能完成在20h内排出24H的最大涌水量。(2)经济性校核。工况点效率应满足nml=O.7120.85nmax2O.85XO.74=0.63,Hm2=0.740.63(3)稳定性校核。Hsy=3040.9iHo
11、=0.9X364327.6m(4)经济流速校核；吸水管中流速vx=QM1/900ndx2=86/900nXO.1522=1.31(m/s)排水管流速vp=QMl/900ndp2=86/900nXO.1362=1.64(m/s)吸排水管中流速都在经济流速之内，满足要求。(5)吸水高度校核。取pa=9.81X104pa,pn=O.235X104pa,y=9.81X103N/m3,则允许吸水高度为Hx(10-Pa/Y)-(Pn/Y-0.24)-8/2g(入xL/dx5+Cx+l/dx4)QM12=5.36-(10-98100/9810)-(2350/9810-0.24)-8/n2X9.8(0.036
12、9X6/0.1525+4.094+1/0.1524)(86/3600)2=4.42(m)实际吸水高度为Hx=4mHx,吸水高度满足要求。(6) .电动机功率计算。Pd=kdYQM1HM1/1000X3600nml=l.1X9810X86X310/1000X3600X0.71=112.6(kw)水泵配套电动机功率为pd=132kw,大于计算值，满足要求。(7) .电耗计算年排水电耗为E=YQm2HM2/1000X3600XnmlncndnwnzTzTz+maxTmax尸max=(9800X84X315/1000X3600X0.71X1X0.95X0.95)X3X18.8X240+6X15X90=
13、2.44X105(KWh/Y)吨水百米电耗为：et100=TTZ-=315/3.673X0.74X1X0.95X3.6/32rledwHsy0.95X304=0.4220.5符合煤矿井下排水设计技术规定规定：排水设备吨水百米电耗应小于0.5kw-h,否则便认为是低效率设备，不予采用。# / 21二、矿山通风设备选型一、设计依据整个矿井的通风参数如下：矿井所需总风量1057H3/5矿井所需的负压最小负压2450Pa最大负压3590Pa二、通风设备选型1、计算风机必需产生的风量和静压(1)通风机必需产生的风量由&=长。人noa=i.ixio5=115.5tn3/s式中K漏风损失系数，风并不提升用时
14、取11；箕斗井兼作回风用时取L15；回风并升降人员时取1.2Q矿井所需总风量，2,/$。(2)通风机风压的计算Pst=/?min+N)=3590+150=3740(pa)Pst2=hmax+=2450+150=2600(pa)2、预选通风机根据通风机必需产生的风量及通风容易时期和通风困难时期的风压,结合设计规范要求，从轴流式通风机的个体特性曲线上进行选择，选择62A小11NO24型通风机两台作为该矿地表主通风机。其中一台使用，一台备用。62A14-11NO.24型通风机主要技术参数如下：叶片数8转速n=1000i7min3、确定通风机的工况点R=P%2=37%55户028&=0%2=2吗5.52=195则矿井在开采初期和末期的网络特性曲线方程式分别为初期Pm=R02=028。2末期&2=/?2。2=0.195。2根据上述两方程式，用描点法在62A14-11NO24型风机特性曲线上，绘出初期与末期的网络特性曲线，可得两工况点A、Bo通风机工况参数表Q406080100120Pst
